Analisa Data Vibrasi Untuk Mengidentifikasi Kondisi  dan Symtom Pada Generator Turbin Gas Siemens V 94.2 Pembangkit Listrik

## Tenaga Uap
Michael 1* , Ikhwansyah Isranuri 2 , M. Sabri 3 , Syahrul Abda 4 , Ahmad H. Siregar 5
1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
Email: mtse431@gmail.com

## Abstract
Along with the times, the population is increasing which means there is also an increasing need for electrical energy. One solution to this problem is to build PLN (Perusahaan Listrik Negara) as a large- scale provider of electrical energy. In this state-wide energy supply company, maintenance is needed to guarantee the production quality of the company. Maintenance plays an important role in the production activities  of  a  company  that  concerns  the  smoothness  or  congestion  of  production,  production  volume, and  so  that  the  output  produced  is  well  received  by  consumers. Based  on  the  data  analysis,  it  can  be concluded that in the time domain it can be seen that the highest vibration at measuring point 2 is located in the horizontal direction while the highest vibration at measuring point 3 is in the axial direction. In the frequency  domain,  it  can  be  seen  the  phenomenon  of  unbalance  symptoms  and  misalignment  on  the turbine  shaft  point  3  and  4.  From  the  calculation  results  also  obtained  that  the  results  of  compliance  (- 1,7936 x 10 -8 ), mobility (1,7099 x 10 -5 ) and inertance (0,0056200).
Keywords: symtoms, Fast Fourier Transform, vibration

## Abstrak
Seiring  perkembangan  zaman  ,  jumlah  penduduk  semakin  bertambah  yang  berarti  semakin bertambah  pula  kebutuhan  akan  energy  listrik.  Salah  satu  solusi  untuk  permasalahan  tersebut  yaitu dengan membangun PLN (Perusahaan Listrik Negara) sebagai penyedia energi listrik skala besar. Dalam perusahaan penyedia energi berskala negara ini, pemeliharaan sangat dibutuhkan untuk menjamin kualitas produksi dari perusahan tersebut. Pemeliharaan (maintenance) berperan penting dalam kegiatan produksi dari suatu perusahaan yang menyangkut kelancaran atau kemacetan produksi, volume produksi, serta agar output  yang  diproduksi  diterima  konsumen  dengan  baik.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui masalah  yang  ditimbulkan  oleh  salah  satu  turbin  uap  yang  ada  pada  PT  PLN  (Persero).  Metode  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  dengan  menganalisa  dan  memproyeksikan  data  vibrasi  dengan metode  Fast  Fourier  Transform.Berdasarkan  analisa  data  yang  dilakukan,  diperoleh  kesimpulan  bahwa dalam  time  domain  dapat  dilihat  bahwa  vibrasi  tertinggi  pada  titik  ukur  2  terletak  pada  arah  horizontal sedangkan  vibrasi  tertinggi  pada  titik  ukur  3  terdapat  pada  arah  aksial.  Pada  frequency  domain,  dapat dilihat adanya fenomena gejala unbalance serta misalignment pada poros turbin titik 3 dan 4. Dari hasil perhitungan  didapat  juga  bahwa  hasil  dari  compliance  (-1,7936  x  10 -8 ),  mobility  (1,7099  x  10 -5 )  dan inertance  (0,0056200).
Kata kunci : symtom, Fast Fourier Transform, vibrasi

## I. PENDAHULUAN
Sebagai  salah  satu  negara  dengan  populasi  terbesar  ke-4  dunia,  Indonesia  harus  bisa dengan  cermat  memenuhi  kebutuhan  akan  energi  listrik.  Salah  satu  caranya  yaitu  dengan membangun  Pembangkit  Listrik  Negara  (PLN).  Namun,  untuk  dapat  memenuhi  kebutuhan listrik  negara,  PLN  juga  harus  dengan  cermat  memantau  kondisi  dari  alat  pembangkit  listrik yang dalam hal ini adalah turbin uap. Hal ini dapat dilakukan dengan cara menganalisa vibrasi
dari poros turbin uap yang beroperasi dan mengetahui fenomena apa yang ada pada turbin uap terutama dalam poros generator.

## II. TEORI DASAR

## 2.1 Generator
Generator  adalah  sumber  tegangan  listrik  yang  diperoleh  melalui  perubahan  energi mekanik menjadi energi listrik. Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu  dengan  memutar  suatu  kumparan  dalam  medan  magnet  sehingga  timbul  ggl  induksi. Generator mempunyai dua komponen utama, yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang bergerak  (rotor).  Rotor  berhubungan  dengan  poros  generator  yang  berputar  di  pusat  stator. Poros generator biasanya diputar menggunakan usaha luar yang dapat berasal dari  turbin, baik turbin air atau turbin uap dan selanjutnya berproses menghasilkan arus listrik.

## Gambar 2.1 Generator

## 2.2 Vibrasi Pada Generator
Dalam  Generator,  bagaimanapun,  penyebab  paling  umum  adalah  ketidakseimbangan pada  bagian  yang  berputar  yang  abnormal.  Penyebab  umum  untuk  getaran  tinggi  adalah bantalan  yang  buruk.  Generator  merupakan  salah  satu  komponen  turbin  uap  yang  memiliki getaran  yang  tinggi  dalam  melakukan  kerjanya,  oleh  karena  itu  perlu  seklai  untuk  melakukan pengecekan terhadap bantalan (bearing)  . Penyebab umum lainnya untuk getaran tinggi adalah perputaran  rotor  dan  stator  yang  dapat  menyebabkan  keausan  pada  bearing.  Unbalance  adalah terjadinya  pergeseran  titik  pusat  massa  dari  titik  pusat  putarnya  sehingga  akan  menimbulkan getaran  yang  tinggi.  Besarnya  amplitudo  getaran  sebanding  dengan  besarnya  putaran (merupakan kuadrat dari putaranya).

## 2.3 Time Domain dan Frequency Domain
Time  domain  mengacu  pada  analisis  fungsi  matematika  ,  sinyal  fisik  atau  deret  data (dalam  hal  ini  vibrasi)  ,  sehubungan  dengan  waktu  .  Dalam  domain  waktu,  nilai  sinyal  atau fungsi  diketahui  untuk  semua  bilangan  real  ,  untuk  kasus  waktu  kontinu  ,  atau  pada  berbagai contoh terpisah seperti dalam kasus waktu
Domain  frekuensi  mengacu  pada  analisis  fungsi  atau  sinyal  matematika  sehubungan dengan  frekuensi,  bukan  waktu.  Sederhananya,  grafik  domain-waktu  menunjukkan  bagaimana suatu  sinyal  berubah  dari  waktu  ke  waktu,  sedangkan  grafik  domain  frekuensi  menunjukkan seberapa  banyak  sinyal  terletak  di  dalam  setiap  pita  frekuensi  yang  diberikan  pada  rentang frekuensi.
Gambar 2.2 Time Domain dan Frequency Domain

## 2.4 Compliance, Mobility dan Intertance
Compliance  secara  umum  merupakan ukuran  berapa  banyak  struktur  bergerak (perpindahan, x) untuk satuan input gaya (F). Kekakuan, atau ketahanan terhadap deformasi dari gaya input, sangat penting dalam dinamika struktural dan topik terkait kebisingan dan getaran. Getaran  dapat  dianggap  sebagai  rasio  gaya  yang  bekerja  pada  struktur  dengan  kekakuannya. Intertance  atau  yang  sering  disebut  dengan  innertance  merupakan  perbandingan  antara percepatan  dan  gaya.  Mobility  adalah  salah  satu  parameter  dari  fungsi  Frequency  Response Function  (FRF).  Grafik  umum.  asymtote  yang  mendahului  frekuensi  alami  meningkat  secara linear seiring dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan nilai kekakuan. Kemiringan dari asymptote  yang  menggantikan  frekuensi  alami  berkurang  dengan  frekuensi  dan  berbanding terbalik dengan massa.

## 2.5 Fast Fourier Transform
Fourier Analisis adalah proses matematika yang digunakan untuk memecahkan masalah bentuk  gelombang  kompleks  dengan  menguraikan  gelombang  itu  menjadi  komponen sinusoidanya  melalui  proses  transformasi  gelombang  fungsi  waktu  menjadi  fungsi  frekuensi. Metode  yang  banyak  digunakan  untuk  proses  transformasi  ini  adalah  Fast  Fourier  Transform (FFT).
Spektrum  getaran  FFT  merupakan metode  yang  sangat  berguna  untuk  analisis  getaran mesin.  Jika  ada  masalah  mesin,  spektrum  FFT  memberikan  informasi  untuk  membantu menentukan  sumber  dan  penyebab  masalah  dan,  dengan  tren,  berapa lama  hingga  masalahnya menjadi  kritis.Spektrum  FFT  memungkinkan  untuk  menganalisis  amplitudo  getaran  pada berbagai frekuensi komponen pada spektrum FFT. Dengan cara ini, dapat mengidentifikasi dan melacak  getaran  yang  terjadi  pada  frekuensi  tertentu.  Karena  masalah  mesin  tertentu menghasilkan  getaran  pada  frekuensi  tertentu,  maka  informasi  ini  dapat  digunakan  untuk mendiagnosis penyebab getaran berlebihan yang ada.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Data Vibrasi Mainshaft Generator
Dalam analisa data poros generator, data pada titik 3 dan 4 ditinjau karena merupakan poros penghubung pada kedua ujung generator. Peninjauan data dilakukan untuk mendapatkan grafik time domain dan juga frequency domain dengan menggunakan Fast Fourier Transform.
Gambar 3.1 Titik Ukur Vibrasi Turbin
Adapun  data  yang  ditinjau  berupa  data  vibrasi  dalam  mm/sec  .  Data  vibrasi  yang ditinjau memiliki 3 arah ukur yang bervariasi yaitu dalam arah horizontal , arah vertikal , dan juga arah aksial.
Tabel 3.1 Data Vibrasi Poros Titik Ukur Generator

## 3.2 Time Domain
Berikut merupakan time domain dari mainshaft pada titik 3 dan titik 4:
Gambar 3.2 Time Domain Titik 3
Pada time domain  dapat dilihat  bahwa  vibrasi tertinggi  pada titik  ukur  3  terletak  pada arah horizontal sedangkan vibrasi tertinggi pada titik ukur 4 terdapat pada arah horizontal.
Gambar 3.3 Time Domain Titik 4

## 3.3 Analisa Frequency Domain Arah Horizontal
Dari  data  vibrasi  Horizontal  pada  titik  3  dan  titik  4,  dilakukan  Fourier  Analysis  pada perangkat lunak Microsoft Excel.
Dari  pengolahan  data  FFT  data  vibrasi  ,maka  didapat  grafik  spectrum  vibrasi  poros kompresor titik 3 dan =4 pada arah horizontal.
Gambar 3.4 Frequency Domain Horizontal Titik 3 dan 4
Pada  grafik  spectrum  diatas  dapat  dilihat  adanya  symptom unbalance pada  grafik horizontal titik 2 dan juga symptom unbalance yang mengarah kepada bearing looseness pada grafik horizontal titik 3.
Pada grafik horizontal titik 2 dapat dilihat adanya first harmonic sedangkan pada grafik horizontal titik 3 vibrasi mengalami peningkatan.
Pada grafik potongan ke 2 ini dapat dilihat adanya getaran agak tinggi dari turbin (titik 3    )  dan  juga  getaran  tersebut  dapat  dikatakan  hampir  periodic,  sedangkan  pada  grafik  merah (titik  4),  terlihat  adanya  getaran  vibrasi  yang  tidak  beraturan  dari  generator,  jika  kondisi generator  bagus,  biasanya  vibrasi  yang  dihasilkan  lebih  beraturan.  Akan  tetapi  vibrasi  yang dihasilkan pada titik 3 masih dalam kondisi yang tidak kritis atau layak beroperasi.
Pada  potongan  ketiga  grafik  horizontal  ini  dapat  dilihat  adanya  symptom  atau  gejala arus  balik  atau reverser  power dari  generator.  Reverse  power  merupakan  aliran  daya  listrik dengan  arah  yang  berlawanan  dari  seharusnya  pada  generator  yang  bermasalah.  Daya  listrik yang datang dari arah yang berlawanan menyebabkan generator yang menerima menghasilkan vibrasi yang lebih tinggi.

## 3.4 Analisa Frequency Domain Arah Vertikal
Dari  pengolahan  data  vibrasi  dengan  FFT  ,  didapat  grafik  spectrum  vibrasi  poros generator titik 3 dan 4 pada arah vertical.
1 2
3
Gambar 3.5 Frequency Domain Vertikal Titik 3 dan 4
Pada  grafik  spectrum  diatas  dapat  dilihat  adanya  symptom unbalance pada  grafik horizontal titik 3 dan juga symptom unbalance yang mengarah kepada misalignment pada grafik horizontal titik 4.
Dalam  grafik  sebelumnya  dapat  dilihat  adanya  symptom  atau  gejala unbalance pada grafik vertical titik 3 dan juga adanya symtom bearing defect pada grafik vertical titik 3 dengan peak spectrum pada frekuensi 4 dan juga 8.

## 3.5 Analisa Frequency Domain Arah Aksial
Dari pengolahan data vibrasi FFT , didapat grafik spectrum vibrasi poros generator titik 3 dan 4 pada arah aksial.
Gambar 3.6 Frequency Domain Aksial Titik 3 dan 4
Pada  grafik  spectrum  diatas  dapat  dilihat  adanya  symptom unbalance pada  grafik horizontal titik 3 dan juga symptom unbalance yang mengarah kepada misalignment pada grafik horizontal titik 4.
1 2 3
1 2 3

## 3.6 Perhitungan Compliance , Mobility dan Inertance
Setelah melakukan analisa fenomena pada poros generator, maka selanjutnya dilakukan analisa perhitungan terhadap compliance, mobility dan inertance daripada poros generator.

## 3.6.1 Hasil Compliance
Dari fungsi awal domain waktu yang merupakan Acos ωt, dapat didapatkan fungsi awal simpangan dengan mengintegralkan fungsi awal Acos ωt . Sehingga fungsi awal dari simpangan ( displacement ) merupakan : 𝐴 ω sin ω t  .............. (3.1)
Dimana : A = Amplitudo ω = Kecepatan sudut (312.74 rad/s) t =  Waktu (s)
Dari  fungsi  awal  simpangan  ( displacement )  dibuat  grafik  berdasarkan  fungsi  tersebut secara horizontal, vertical, dan aksial. Dan dari ketiga fungsi tersebut dapat digabung menjadi 1 fungsi regresi yang digunakan untuk menghitung compliance dari poros turbin titik 3.
Gambar 3.7 Grafik Fungsi Compliance
Dari grafik regresi, maka didapatlah fungsi regresi simpangan yaitu :
3.4788/ὼ sin ὼt
Maka didapatlah simpangan regresi dengan hasil : -0,00817
Dari hasil simpangan regresi, dapat dihitung Compliance dengan menggunakan rumus :

## Compliance = Displacement / Force……………………(2)
Dengan demikian maka didapat harga dari compliance sebesar -1,7936 x 10 -8

## 3.6.2 Hasil Mobility
tersebut  dapat  digabung  menjadi  1  fungsi  regresi  yang  digunakan  untuk  menghitung mobility dari poros turbin titik 3.
Gambar 3.8 Grafik Fungsi Mobility
Dari grafik regresi, maka didapatlah fungsi regresi kecepatan yaitu :
11,47 cos wt
Maka didapatlah simpangan regresi dengan hasil : 7,78844
Dari hasil simpangan regresi, dapat dihitung Compliance dengan menggunakan rumus :

## Mobility = Velocity / Force……………………………………(3)
Dengan demikian maka didapat harga dari compliance sebesar 1,7099 x 10 -5

## 3.6.3 Hasil Inertance
Dari  fungsi  awal  percepatan  ( acceleration ),  yang  merupakan  A ω sin ω t  ,  dibentuklah grafik  fungsi  tersebut  secara  horizontal,  vertikal,  dan  aksial.  Dan  dari  ketiga  fungsi  tersebut dapat digabung menjadi 1 fungsi regresi yang digunakan untuk menghitung Inertance dari poros turbin titik 3.
Dari grafik regresi, maka didapatlah fungsi regresi percepatan yaitu :
-11,476 w sin wt
Maka didapatlah simpangan regresi dengan hasil : 2559,885
Dari hasil simpangan regresi, dapat dihitung intertance dengan menggunakan rumus :

## Intertance = Acceleration / Force………………………………..(4)
Dengan demikian maka didapat harga dari intertance sebesar 0,0056200

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pada time  domain dapat  dilihat  bahwa  vibrasi  tertinggi  pada titik  ukur  3 terletak  pada arah  horizontal  sedangkan  vibrasi  tertinggi  pada  titik  ukur  4  terdapat  pada  arah horizontal
2. Adanya terdapat gejala unbalance serta misalignment pada poros turbin titik 3 dan 4.
3. Adapun  hasil  dari  compliance -1,7936  x 10 -8 ,  mobility 1,7099  x  10 -5 dan  intertance
0,0056200

## 4.2 Saran
Adapun saran untuk penelitian yang lebih bagus kedepannya adalah sebagai berikut:
1. Disarankan  ada  penelitian  lebih  lanjut  mengenai  frequency  domain  horizontal  titik  3 yang menunjukkan adanya kenaikan spectrum.
2. Disarankan  adanya  kajian  lanjutan  pada  compliance,  mobility,  serta  inertance  pada poros kompresor secara simulasi dan teoritis.
3. Sebaiknya  ada  dilakukan  simulasi  lebih  lanjut  dengan  menggunakan  ANSYS  pada poros titik ukur kompresor, turbin dan generator.

## REFERENSI
Mais, Jason “Spectrum Analysis” (Online) https://www.skf.com/binary/tcm:12- 113997/CM5118%20EN%20Spectrum%20Analysis.pdf (diakses 28 Juni 2019) Klingenberg, Larry “Frequency Domain Using Excel” (Online)
http://www.stem2.org/je/Excel_FFT_Instructions.pdf (diakses 2 Juli 2019)
Kerr,  Douglas  A  “The  Fourier  Analysis  Tool  in  Microsoft  Excel”  (Online)
http://dougkerr.net/Pumpkin/articles/Excel_Fourier.pdf (diakses 2 Juli 2019)
Aref,  Mohamad  “Fast  Fourier  Transformation  of  Vibration  Signals  using  Microsoft EXCEL”(Online)https://math.arizona.edu/~atpmena/conference/proceedings/Mohamme d_Aref.doc (diakses 8 Juli 2019)